فيديو الدرس: نظرية الخلية الأحياء

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف مبادئ نظرية الخلية. سوف نتعمق في التاريخ العلمي ونستعرض إسهامات العلماء «روبرت هوك»، و«أنطوني فان ليفينهوك»، و«ماتياس شلايدن»، و«ثيودور شوان»، و«رودولف فيرشو»، الذين كان لهم جميعًا دور بالغ الأهمية في تطوير نظرية الخلية.

حسنًا، يبحث الإنسان دائمًا عن أجوبة. وبفضل هذا السلوك الاستقصائي، ابتكر نيوتن نظرية الجاذبية بعد سقوط تفاحة على رأسه، وافترض داروين فكرة أن الكائنات الحية يمكن أن تتغير وتتطور بمرور الوقت. أحد الأسئلة التي ظلت تراود أذهان العلماء لسنوات هو: ما الوحدة البنائية الأصغر التي يحتمل أن يتكون منها الكائن الحي؟ إذا أخذنا هذه التفاحة، على سبيل المثال، التي كانت منذ قليل جزءًا من الشجرة، ثم قسمناها إلى وحداتها البنائية، فسنجد أنها مكونة من خلايا. لقد أصبحت هذه الفكرة اليوم أمرًا مسلمًا به بالنسبة إلينا، لكن الحقيقة هي أن إدراك ذلك استغرق مئات السنين لصياغة ما أسميناه في النهاية بـ «نظرية الخلية».

تتضمن نظرية الخلية ثلاثة مبادئ أو افتراضات، وهي كالآتي. جميع الكائنات الحية تتكون من خلية واحدة على الأقل. الخلايا هي الوحدة الأساسية للحياة. وجميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا. هذه المبادئ مقبولة عالميًّا اليوم. لكن قبل تطوير المجهر في القرن السابع عشر، لم يكن لدى العلماء أي وسيلة لمعرفة مكونات الكائنات الحية. دعونا الآن نتعرف على بعض العلماء الذين أسهموا في نظرية الخلية، وسنتعرف أيضًا على إنجازات كل منهم.

روبرت هوك هو من قاد حملة التطور التاريخي لنظرية الخلية. هوك كان عالمًا ومهندسًا معماريًّا إنجليزيًّا، وهو من صاغ مصطلح «الخلية» في عام 1665. صنع هوك مجهره المركب البدائي، الذي يشبه إلى حد كبير المجهر الموضح هنا، وهو مجهر يحتوي على ثلاث عدسات متتالية. وباستخدام هذا المجهر، سجل العديد من الملاحظات التي نشرها في كتاب بعنوان «الفحص المجهري». في كتابه، قدم رسمًا لما لاحظه تحت المجهر عند فحص شريحة رقيقة للغاية من الفلين، مثل تلك المستخدمة لإغلاق فوهة الزجاجة.

لاحظ أن هذه المادة ممتلئة بفراغات مفتوحة ومنتظمة، وأطلق عليها «الخلايا». هذه الكلمة مشتقة من كلمة لاتينية تعني «حجرة صغيرة». توصل هوك إلى مصطلح الخلية واشتهر به. لكنه لم يكن يعلم أن الخلايا حية. من المنطقي اعتقاده أن الخلايا ميتة؛ لأن ما لاحظه هو الجدران الخلوية التي تبقت في قطعة الفلين الجافة بعد موت الخلايا النباتية الموجودة داخلها. في الواقع، كان هوك مؤيدًا لنظرية «التولد الذاتي» التي تنص على أن الحياة تنشأ ببساطة عندما تتحقق شروط معينة؛ فعلى سبيل المثال، عندما تبدأ قطعة لحم في التعفن، تظهر الديدان فيها كما لو أنها نشأت تلقائيًّا من العدم.

كان التولد الذاتي هو المعتقد السائد في ذلك الوقت. لاحظ هوك فطرًا تحت مجهره البدائي. وعندما لم يتمكن من تحديد جهاز تناسلي، استنتج أن الفطر وليد الدفء والرطوبة. لقد تعلمنا الكثير منذ ذلك الحين، لكن مثل هذا الاعتقاد كان سائدًا في ذلك الوقت. الخطوة التالية في تطوير نظرية الخلية هي اكتشاف الطبيعة الحية الأساسية للخلايا. هذا ما حققه أنطوني فان ليفينهوك المعروف بلقب «مؤسس علم الأحياء الدقيقة». كان فان ليفينهوك رجل أعمال وسياسيًّا هولنديًّا شغوفًا بالمجهر. تعلم صنع العدسات الزجاجية بنفسه، وصنع مجهرًا بسيطًا. يتكون ذلك المجهر في الأساس من عدسة زجاجية مكبرة قوية يمكنها تكبير الأشياء إلى أكثر من 200 مثل حجمها الأصلي.

لقد أتاح له هذا المجهر ملاحظة التنوع الكبير في الحياة المجهرية. وقد مكنه هذا من تسجيل العديد من الملاحظات المهمة، بما في ذلك اكتشاف الأوليات الحيوانية التي تعيش في الماء العذب، والتي أسماها «حيوانات دقيقة». قدم أيضًا أول وصف مكتوب عن البكتيريا بعد فحص طبقة جيرية كشطها من أسنانه. ونشر معظم النتائج التي توصل إليها في رسائل أرسلها إلى الجمعية الملكية في لندن. توجهت الجمعية بالفعل إلى العالم الإنجليزي روبرت هوك للتأكد من صحة هذه النتائج؛ وذلك لأن فان ليفينهوك لم يحصل على أي تعليم نظامي في مجال العلوم. واجه روبرت هوك صعوبات في استخدام المجاهر البسيطة، لكنه تمكن من التوصل إلى النتائج نفسها التي توصل إليها فان ليفينهوك، وهو ما منحه مصداقية بين الأوساط العلمية.

ينسب التطور الكبير التالي في نظرية الخلية إلى العالم ماتياس شلايدن الذي عادة ما يذكر عمله مقترنًا بالعالم ثيودور شوان. في الواقع، عادة ما يعرف شلايدن وصديقه المقرب شوان بأنهما مؤسسا نظرية الخلية، وقد استخدما المجاهر المركبة مجددًا. كان شلايدن عالم نباتات ألمانيًّا اشتهر بدراسة التراكيب النباتية باستخدام المجهر. في كتاب نشر عام 1838، ذكر شلايدن أن «جميع النباتات تتكون من خلايا ونواتج للخلايا». أشار أيضًا إلى أهمية النواة، وتمثلت أهميتها في إنتاج الخلايا الجديدة، ولاحظ أن الخلايا الجديدة تبدو ناشئة من نوى الخلايا القديمة. شارك شلايدن اكتشافاته عن النباتات مع صديقه ثيودور شوان. ولعلك تعرف اسمه من خلايا شوان الموجودة في الجهاز العصبي؛ إذ سميت باسمه.

كان شوان عالمًا فسيولوجيًّا ألمانيًّا يهتم بصفة خاصة بالدراسة المجهرية لأنسجة الحيوانات. وباستخدام نوع المجهر نفسه، توصل شوان إلى الاكتشافات نفسها التي توصل إليها شلايدن عن النباتات، لكن في أنسجة الحيوانات. لقد وجد أن جميع أنسجة الحيوانات تتكون من خلايا تحتوي على نواة. تمكن شوان بعد ذلك، بمساعدة شلايدن، من إثبات أن «جميع الكائنات الحية تتكون من خلايا ونواتج للخلايا»، وهذا هو أساس النظرية الحديثة للخلية. قدم شوان بعد ذلك ثلاثة استنتاجات أخرى قاطعة. الخلية هي وحدة التركيب والوظيفة والتنظيم في الكائنات الحية. والخلية هي كيان مستقل ووحدة بنائية في تكوين الكائنات الحية، والخلايا الحية تتكون بطريقة مشابهة لتكوين البلورات. لكن، ثبت فيما بعد عدم صحة هذه العبارة.

يرجع الفضل في الاكتشاف الأخير في التسلسل الزمني لنظرية الخلية، وهو أن جميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا، إلى المتخصص في علم الأمراض والسياسي الألماني رودولف فيرشو. وقد راجت العبارة: «جميع الخلايا تنشأ من خلايا» على يد فيرشو، لكن أول من صاغها عالم فرنسي يدعى «فرانسوا فنسنت راسبيل». في الواقع، هناك دليل على أن أول عالم اكتشف أن الخلايا تنتجها خلايا موجودة سابقًا عالم ألماني آخر لم تحظ منشوراته باهتمام كبير، ويدعى «روبرت ريماك». الفكرة التي توضح أن «جميع الخلايا تنشأ من خلايا» تتعارض مع مفهوم التولد الذاتي الذي كان اعتقادًا سائدًا في ذلك الوقت.

اكتشاف أن جميع الخلايا تنشأ من خلايا كان سبب ظهور «نظرية الجراثيم». تنص هذه النظرية على أن بعض الأمراض تسببها كائنات حية دقيقة معينة تهاجم الجسم، وأنه يمكن بنسبة كبيرة الحد من انتشار العدوى في المستشفيات من خلال غسل اليدين عند مخالطة كل مريض. من المثير للاهتمام أن فيرشو، وهو عالم متخصص في دراسة الأمراض، عارض نظرية الجراثيم التي كانت تحظى بشهرة متزايدة. اعتقد بدلًا من ذلك أن الأمراض يسببها حدوث خلل وأنشطة غير طبيعية داخل الخلايا، ولا تسببها مسببات الأمراض الخارجية. قادت إسهامات هؤلاء العلماء إلى نظرية الخلية التي تمثل بالفعل أساس علم الأحياء الحديث. واليوم، الافتراضات الثلاثة لنظرية الخلية هي: جميع الكائنات الحية تتكون من خلية واحدة على الأقل، الخلايا هي الوحدة الأساسية للحياة، جميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا.

على سبيل المراجعة، دعونا نلق نظرة على تسلسل زمني يوضح الإسهامات التي قدمها كل من أولئك العلماء في نظرية الخلية. البداية كانت عام 1590، عندما صنع أول مجهر. وفي عام 1655، شاهد روبرت هوك الخلايا لأول مرة في الفلين. وصفها بأنها تشبه الحجرات الصغيرة المستطيلة. أما في عام 1675، فقد شاهد أنطوني فان ليفينهوك الكائنات الدقيقة التي تعيش في مياه البرك العذبة. وفي عام 1838، استنتج ماتياس شلايدن أن جميع النباتات تتكون من خلايا. وفي عام 1839، اقترح ثيودور شوان أن جميع الحيوانات، ومن ثم جميع الكائنات الحية، تتكون من خلايا. وأخيرًا، في عام 1855، استنتج رودولف فيرشو أن جميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا. كل هذه الإسهامات كان لها دور بالغ الأهمية في صياغة نظرية الخلية كما نعرفها اليوم. والآن دعونا نخصص بعض الوقت لتطبيق ما تعلمناه من خلال سؤال تدريبي.

أي من الآتي ليس أحد المبادئ التي تستند إليها نظرية الخلية؟ (أ) الخلايا هي أصغر التراكيب الموجودة في كائن حي. (ب) جميع الكائنات الحية تتكون من خلية واحدة فأكثر. (ج) جميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا. (د) الوحدة الوظيفية الأساسية لجميع الكائنات الحية هي الخلية.

حسنًا، يسألنا هذا السؤال عن نظرية الخلية وعن أي الخيارات المعطاة لا يمثل أحد المبادئ التي تستند إليها. إذن ما نظرية الخلية تحديدًا؟ نظرية الخلية هي النظرية المقبولة عالميًّا التي تنص على أن جميع الكائنات الحية تتكون من خلايا. في الواقع، هناك ثلاثة مبادئ أو افتراضات لنظرية الخلية طورها العديد من العلماء من مطلع القرن السابع عشر وحتى منتصف القرن التاسع عشر. كان أحد العوامل التكنولوجية الرئيسية التي أسهمت في تطور نظرية الخلية هو اختراع المجاهر البسيطة والمركبة وإنتاجها. مكن ذلك العلماء من رؤية العالم المجهري بوضوح للمرة الأولى.

فيما يأتي المبادئ أو الافتراضات الثلاثة لنظرية الخلية. جميع الكائنات الحية تتكون من خلية واحدة على الأقل، والخلايا هي الوحدة الأساسية للحياة، وجميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا. على الرغم من أن الخلية هي الوحدة الأساسية للحياة وأصغر شيء داخل الكائن الحي يمكن اعتباره حيًّا بشكل مستقل، فإن الخلايا نفسها تتكون من تراكيب أصغر مثل الشبكة الإندوبلازمية والنواة والميتوكندريون. كل هذه التراكيب الأصغر حجمًا تسمى العضيات، ومن ثم فالخلايا ليست أصغر التراكيب الموجودة داخل الكائنات الحية. إذن، العبارة التي لا تمثل أحد مبادئ نظرية الخلية هي: الخلايا هي أصغر التراكيب الموجودة في كائن حي.

والآن، دعونا نراجع النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو. نظرية الخلية هي نظرية مقبولة عالميًّا تتضمن ثلاثة مبادئ أو افتراضات. جميع الكائنات الحية تتكون من خلية واحدة على الأقل، والخلايا هي الوحدة الأساسية للحياة، وجميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا. تستند هذه المبادئ الثلاثة إلى إنجازات روبرت هوك وأنطوني فان ليفينهوك وماتياس شلايدن وثيودور شوان ورودولف فيرشو الذين أسهموا في تطوير نظرية الخلية في الفترة من بداية القرن السابع عشر وحتى منتصف القرن التاسع عشر.